《十一章节制冷致循环》由会员分享，可在线阅读，更多相关《十一章节制冷致循环（63页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十一章第十一章 制冷（致冷）循环制冷（致冷）循环RefrigerationCycles冰箱分解图 动力循环与动力循环与制冷（热泵制冷（热泵)循环循环 制冷制冷Refrigeration循环循环输入功量（或其他代价），从低温输入功量（或其他代价），从低温热源取热热源取热 动力动力Power循环循环 输入热输入热, ,通过循环输出功通过循环输出功 热泵热泵HeatPump循环循环输入功量（或其他代价），向高温输入功量（或其他代价），向高温热用户供热热用户供热正循环正循环逆循环逆循环逆循环逆循环制冷循环和制冷制冷循环和制冷系数系数T0环境环境T2冷库冷库卡诺逆循环卡诺逆循环q1q2wTsT2T0T
2、0不变不变, T2 CT2不变不变, T0 C热泵循环和供热热泵循环和供热系数系数卡诺逆循环卡诺逆循环wTsT2T0T1不变不变, T0 CT0不变不变, T1 CT1制冷能力和冷吨制冷能力和冷吨生产中常用生产中常用制冷能力制冷能力来衡量设备产冷量大小来衡量设备产冷量大小制冷能力：制冷能力：制冷设备单位时间内从冷库取制冷设备单位时间内从冷库取 走的热量走的热量(kJ/s)。1冷吨：冷吨：1吨吨0C饱和饱和水水在在24小时内被冷冻小时内被冷冻 到到0C的的冰冰所需冷量。所需冷量。水的凝结（熔化）热水的凝结（熔化）热 r =334 kJ/kg1冷吨冷吨=3.86 kJ/s1美国冷吨美国冷吨=3.5
3、17 kJ/s制冷循环种类制冷循环种类 空气压缩制冷空气压缩制冷 压缩制冷压缩制冷 蒸气压缩制冷蒸气压缩制冷 吸收式制冷吸收式制冷制冷循环制冷循环 吸附式制冷吸附式制冷 蒸汽喷射制冷蒸汽喷射制冷 半导体制冷半导体制冷 热声制冷热声制冷,磁制冷磁制冷AbsorptionAdsorption冷却水冷却水膨胀机膨胀机压缩机压缩机冷藏室冷藏室冷却器冷却器3214111 空气压缩制冷循环空气压缩制冷循环空气压缩制冷循环过程空气压缩制冷循环过程四个四个主要部件；工质：主要部件；工质：空气空气1 2 绝热压缩绝热压缩 p T2 3 等压冷却等压冷却 向环境放热，向环境放热，T3 4 绝热膨胀绝热膨胀 T T
4、1 （冷库）冷库）4 1 等压吸热等压吸热 T T1理想化处理：理想化处理：理气；理气； 定化热定化热; 可逆；可逆；P-v图和图和T-s图图1 2 绝热压缩绝热压缩2 3 等压冷却等压冷却3 4 绝热膨胀绝热膨胀4 1 等压吸热等压吸热 pv3214TsT2T01234逆布雷顿循环逆布雷顿循环ssppReversedBraytonCycle制冷系数制冷系数Ts1234空气压缩制冷循环特点空气压缩制冷循环特点 优点：优点：工质无毒，无味，不怕泄漏。工质无毒，无味，不怕泄漏。 缺点：缺点： 1. 无法实现无法实现 T ， 弊弊蒸气压缩制冷循环的计算蒸气压缩制冷循环的计算Ts12345蒸发器中吸热
5、量蒸发器中吸热量 冷凝器中放热量冷凝器中放热量 制冷系数制冷系数 两个等压，热与功均与焓有关两个等压，热与功均与焓有关 lnlnp p- -h h图图lnlnp p- -h h图及计算图及计算Ts12345lnph12345压焓图压焓图 P-hdiagram过冷措施过冷措施Ts12345lnph1234554不变不变45工程上常用工程上常用 11-3 热泵热泵Heatpumpq2q2q1q1wwT2T0T0T1制冷制冷系数系数制热制热系数系数制冷制冷热泵热泵蒸气压缩式热泵蒸气压缩式热泵装置装置T0房间房间供暖供暖化工化工温度提升温度提升节能节能热泵热泵lnlnp p- -h h图及计算图及计算
6、Ts12345lnph12345主要供暖方式主要供暖方式热热用户用户燃煤、燃气燃煤、燃气锅炉锅炉集中供热集中供热直接电采暖直接电采暖（蓄热锅炉、（蓄热锅炉、地板辐射、地板辐射、电热膜）电热膜）热泵（空气热泵（空气源、水源）源、水源）热泵与能源热泵与能源燃烧燃烧供热供热供冷供冷热水热水热泵热泵化石燃料化石燃料热能热能电能电能原子能，自原子能，自然能（水、然能（水、风、太阳）风、太阳）城市排热城市排热自然热源自然热源下水、地下铁道、工厂、下水、地下铁道、工厂、大楼、变电所、垃圾焚烧大楼、变电所、垃圾焚烧空气、地下水、海水、河空气、地下水、海水、河川水、土壤、生物质气川水、土壤、生物质气热泵的能量利
7、用系数高热泵的能量利用系数高直接电直接电 100%电厂电厂发电发电33%损失损失67%房间房间33%锅炉锅炉100%锅炉锅炉效率效率70%房间房间70%损失损失30%热热泵泵热泵热泵100%电厂电厂发电发电33%损失损失67%99%房间房间130%COP=4热泵的发展历史热泵的发展历史 1852年汤姆逊（年汤姆逊（Thompson）提出设想，提出设想，1930年，美国爱迪生公司，将制冷设备用于供热，年，美国爱迪生公司，将制冷设备用于供热，供热量达供热量达1050kW 1912年，瑞士年，瑞士Zoelly首次提出水源热泵概念，首次提出水源热泵概念，并申请专利，并申请专利，1938年，欧洲第一台较
8、大的热泵年，欧洲第一台较大的热泵175kW，利用苏黎世河水利用苏黎世河水 1974年，能源危机，出现应用实例年，能源危机，出现应用实例 近十几年，特别是近近十几年，特别是近5年，节能与环保压力，得年，节能与环保压力，得到迅猛发展。到迅猛发展。常温与中、高温常温与中、高温水源热泵水源热泵常温：常温：利用利用10-25度度的低温热水的低温热水 产生产生45-55度度的高温热水的高温热水中、高温：中、高温：利用利用30-60度度的低温热水的低温热水 产生产生60-90度度的高温热水的高温热水空气空气热泵空气空气热泵(a)夏季制冷循环(b)冬季热泵循环 制冷与热泵两用装置示意图A 四通换向阀，B 毛细
9、节流装置，C 压缩机制冷制冷制热制热土壤源热泵土壤源热泵地下井水热泵系统地下井水热泵系统热泵热泵地表水热泵系统地表水热泵系统热泵热泵 11-4 制冷剂制冷剂refrigerant 蒸气压缩制冷，要尽可能利用工质两相蒸气压缩制冷，要尽可能利用工质两相区，因此与工质性质密切相关。区，因此与工质性质密切相关。对热物性要求：对热物性要求：1. 沸点低，沸点低，tb10C2. 压力适中，蒸发器中稍大于大气压，冷凝器中压力适中，蒸发器中稍大于大气压，冷凝器中不太高；不太高；3. 汽化潜热大，大冷冻能力；汽化潜热大，大冷冻能力；4. T-S图上下界线陡峭：上界陡峭，冷冻更接近图上下界线陡峭：上界陡峭，冷冻更
10、接近定温，下界线陡，节流损失小；定温，下界线陡，节流损失小；5. 凝固点低，价廉，无毒，不腐蚀，不爆，性质稳定、凝固点低，价廉，无毒，不腐蚀，不爆，性质稳定、油溶性、材料相容性、环境性能、安全性能好。油溶性、材料相容性、环境性能、安全性能好。 对制冷剂的其它要求对制冷剂的其它要求1.良好的传热和流动性能。良好的传热和流动性能。1)工工质质应应有有较较高高的的导导热热系系数数以以及及具具有有较较高高的的相变传热系数；相变传热系数；2)希望有较低的粘度；希望有较低的粘度；2.应具有良好的物理化学性质。应具有良好的物理化学性质。无毒，不腐蚀无毒，不腐蚀1)化学稳定性好化学稳定性好2)制制冷冷剂剂与与
11、接接触触到到的的金金属属和和非非金金属属材材料料不不发发生化学作用，保证长期可靠地运行；生化学作用，保证长期可靠地运行；3.与与冷冻油冷冻油有良好的互溶性。有良好的互溶性。4.良好的良好的电气绝缘性电气绝缘性。5.价廉价廉，环境友好环境友好。制冷剂的演化制冷剂的演化 混合物混合物制冷剂的命名制冷剂的命名R400R600R500非共沸混合物非共沸混合物共沸混合物共沸混合物HCR700其它其它氨氨R717R744 CO2R718 水水甲烷甲烷丁烷丁烷ASHRAEAmerican Society of Heating, Refrigerating Air-Conditioning Engineers
12、全球四大环境问题全球四大环境问题 臭氧空洞（臭氧空洞（9.16保护臭氧层日）保护臭氧层日）1985年第一次在年第一次在南极上空发现臭南极上空发现臭氧空洞，面积近氧空洞，面积近1000万平方公里。万平方公里。南极风暴漩涡南极风暴漩涡大气臭氧层破坏的元凶大气臭氧层破坏的元凶-氯氟烃氯氟烃( (紫外线照射下，氯氟烃分子的分解紫外线照射下，氯氟烃分子的分解) )(1995年获得诺贝尔化学奖年获得诺贝尔化学奖)大气臭氧层破坏的元凶大气臭氧层破坏的元凶-氯氟烃氯氟烃一个Cl可以破坏10万个O3常用制冷剂的常用制冷剂的ODP及大气寿命及大气寿命Ozone Depletion Potential臭氧层破坏的危
13、害臭氧层破坏的危害皮肤癌发病率提高；臭氧减皮肤癌发病率提高；臭氧减10%, 提高提高26%白内障发病率提高；不控制，导致白内障发病率提高；不控制，导致1800万万人体免疫力降低；人体免疫力降低；粮食作物减产；品质下降粮食作物减产；品质下降海洋浮游生物、贝类等大量死亡海洋浮游生物、贝类等大量死亡 ；海洋生物；海洋生物食物链基本环节食物链基本环节发达国家发达国家HCFCs禁用时间表禁用时间表美国 2003.1.1: 作发泡剂用的HCFC-141b 将被禁用 2010.1.1: 停止HCFC-22和142b的生产 2015.1.1: 停止HCFC-123和124的生产 2020.1.1: HCFC-
14、22和141b将被禁用 2030.1.1: HCFC-123和124将被禁用瑞士，意大利 2000.1.1: HCFCs将被禁用德国 2000.1.1: HCFC-22将被禁用瑞典，加拿大 2010.1.1: HCFCs将被禁用发展中国家发展中国家CFC&HCFC削减及禁用时间表削减及禁用时间表1999.7.1 CFC-11，12，113，114，115控制在 1995-1997年的平均水平2005.1.1 CFC-11，12，123，114，115减少 1995-1997年的平均水平的50%2007.1.1 CFC-11，12，123，114，115减少 1995-1997年的平均水平的85
15、%2010.1.1 禁用CFCs2016.1.1 HCFCs控制在2015年的平均水平2040.1.1 禁用HCFCs联合国环境报告联合国环境报告2002年臭氧层耗散科学评估：年臭氧层耗散科学评估： 2000年臭氧空洞是有记载以来最严重的，年臭氧空洞是有记载以来最严重的， 空洞面积相当于我国面积的三倍空洞面积相当于我国面积的三倍 南北半球的中纬度地区，臭氧层仍被进一南北半球的中纬度地区，臭氧层仍被进一 步耗散步耗散 臭氧层耗散仍然是全球性的威胁臭氧层耗散仍然是全球性的威胁 若持续切实执行若持续切实执行蒙蒙规定，大气层中卤规定，大气层中卤族元素含量约在本世纪中叶才能恢复到族元素含量约在本世纪中叶
16、才能恢复到19801980年年“南极臭氧空洞南极臭氧空洞”前的水平前的水平 即使执行即使执行蒙蒙规定，今后十年内规定，今后十年内臭氧层臭氧层 仍极易受到破坏仍极易受到破坏 若若蒙蒙规定不能执行，将延迟甚至规定不能执行，将延迟甚至阻止臭阻止臭氧层的恢复氧层的恢复联合国环境报告（续）联合国环境报告（续）蒙特利尔议定书是强制执行的蒙特利尔议定书是强制执行的 让我们在保让我们在保护臭氧层的行动护臭氧层的行动中，始终保持着中，始终保持着清醒。清醒。KofiA.Annan 联合国秘书长联合国秘书长 2002.9.162002.9.16温室效应示意图温室效应示意图Global Warming Potenti
17、al常用制冷剂的常用制冷剂的GWP及大气寿命及大气寿命2001 2001 评估报告评估报告全球气候变暖全球气候变暖1750-1890140年年0.71890-1990100年年0.820世纪世纪90年代，有史以来最热的十年，年代，有史以来最热的十年，1998年是年是20世纪最热的一年世纪最热的一年今后今后100年，可能年，可能1.4 5.8温室气体排放可能引起的影响温室气体排放可能引起的影响 1.海平面上升。海平面上升。19501950 19701970年期间，北极圈中冰雪已年期间，北极圈中冰雪已2.2. 消融消融1010 15%15%，南极圈向南退缩了，南极圈向南退缩了2.82.83.3.
18、度，本世纪海平面可能将进一步上度，本世纪海平面可能将进一步上升升 5050厘米厘米。2.气候变化。气候变化。对温度、雨量、阳光等的变化很难对温度、雨量、阳光等的变化很难准确估计准确估计3.作物收成。作物收成。无法预测哪些作物将会适应区域无法预测哪些作物将会适应区域4.气候变化气候变化4. 生态系统。生态系统。局部地区生态系统对温度、降水和局部地区生态系统对温度、降水和地面湿度的变化非常敏感。地面湿度的变化非常敏感。 制冷空调行业为防止气候变暖所制冷空调行业为防止气候变暖所需做出的努力需做出的努力(1)提供高效节能设备，减少提供高效节能设备，减少CO2排放排放量。量。(2)减少泄漏量，并采取有效
19、的回收再生设减少泄漏量，并采取有效的回收再生设备，加强制冷剂的回收利用。备，加强制冷剂的回收利用。(3)在选择制冷剂时，不仅要考虑在选择制冷剂时，不仅要考虑ODP值，值，也应兼顾也应兼顾GWP和和TEWI以及以及LCCP的值。的值。国家方案各制冷空调行业淘汰目标国家方案各制冷空调行业淘汰目标 工商制冷：工商制冷：2003年停止年停止CFC-11/12新灌装，新灌装，2010年停止年停止CFC-11/12维修补充的再灌装。维修补充的再灌装。 家电：家电：1999年年40新生产冰箱冷柜的替代，新生产冰箱冷柜的替代，2003年年70新生产冰箱冷柜的替代，新生产冰箱冷柜的替代，2005年年100新生产
20、冰箱冷柜的替代。新生产冰箱冷柜的替代。 汽车空调：汽车空调：2002停止新生产停止新生产CFC-12空调，空调，2009年后在用汽车空调只允许使用回收的年后在用汽车空调只允许使用回收的CFCs。制冷剂的命名制冷剂的命名Cm Hx Fy ClzR(m-1)(x+1)y例：例：R12CF2Cl2氯氟烃氯氟烃CFFClClR22CHF2ClH90+nR12= 1 0 2CH F制冷剂的命名制冷剂的命名R134a C2H2F4CFFHCHFFR134R134aFFHCHFFC同素同素异构体异构体第八章第八章 小结小结 Summary1. 空气压缩制冷，分析、计算、回热；空气压缩制冷，分析、计算、回热；2. 蒸汽压缩制冷，分析、计算；蒸汽压缩制冷，分析、计算；3. 压缩式热泵循环，与制冷原理相同，会计算压缩式热泵循环，与制冷原理相同，会计算4. 吸收式制冷吸收式制冷,，制冷剂，一般了解，制冷剂，一般了解
